USS Zumwalt – плавучий дата-центр с ракетами, Linux и блейдами IBM

В конце этого года на воду спустят эсминец USS Zumwalt (DDG 1000), который будет разительно отличаться от любого другого корабля ВМФ США и остальных стран. Различие будет обусловлено баснословным ценником в $ 3.5 млрд., а также присутствием под палубой корабля самого настоящего распределенного дата-центра.

Ключевыми чертами нового боевого судна будут скрытность, прочность и огневая мощь, а также мощный вычислительный узел, созданный с использованием практически стандартного серверного оборудования, работающего под управлением различных версий ОС Linux. На серверах будет запущено уникальное программное обеспечение, созданное по заказу американский военных. Всего было написано более 6 миллионов строк программного кода.

На минувшей неделе прошел день открытых дверей в научно-исследовательском объекте Seapower Capability Center на берегу Атлантического океана, где инженеры собирают и проводят предварительное тестирование систем, которые вскоре разместятся в самом сердце эсминца USS Zumwalt. Исследовательский центр в городе Портсмут (штат Род-Айленд) принадлежит компании Raytheon. Инженеры компании продемонстрировали представителям СМИ, на что именно были потрачены деньги налогоплательщиков.

Представители Raytheon отметили, что вскоре после спуска на воду этого корабля работа над его братом-близнецом под названием USS Michael Monsoor подойдет к заключительному этапу. Инженеры провели для журналистов экскурсию по макету командного центра USS Zumwalt, который разместится в центральной части DDG-1000. Командир корабля и члены команды будут контролировать оттуда все датчики, ракетные пусковые установки, системы вооружения и другие приборы.

USS Zumwalt проходит процедуру покраски на верфи General Dynamics Bath Iron Works в городе Бат, штат Мэн. Корабль является довольно экзотическим во многих отношениях, но все его системы управляются вполне обычной вычислительной техникой. (Фото: General Dynamics Bath Iron Works)

Детальное ознакомление с макетом командного центра USS Zumwalt позволяет предположить, что реальный аналог будет иметь больше общего с капитанским мостом вымышленного звездолета USS Enterprise из научно фантастической вселенной Звездного пути, чем со стандартным мостиком военного корабля текущего поколения. Каждая консоль на Zumwalt будет оснащена сенсорным экраном, а на подключенных к консолям серверах будет работать уникальное программное обеспечение, способное заменить собой любого дежурного оператора. При этом на больших экранах в центральной части командного центра будет демонстрироваться тактическая карта моря, воздуха и земли.

Ввиду всего вышеперечисленного тот факт, что команду USS Zumwalt будет возглавлять капитан Джеймс Кирк (полный тезка героя того самого Звездного пути), уже не кажется столь удивительным и нелепым.

Серверы на борту корабля

Дата-центр в контейнере Electronic Modular Enclosure создавался компанией Raytheon из Портсмута

В прошлом использование стандартных готовых вычислительных кластеров на борту корабля было затруднено. К примеру, на военных судах текущего поколения все не-тактические системы должны быть выключены перед выстрелом из орудий – всему виной ударная волна и вибрации, которые могут быть причиной сбоя системы. Поэтому все индивидуальные серверные системы устанавливались в специальные корпуса повышенной прочности. Но это увеличивает стоимость IT-оборудования, повышает его вес и усложняет техобслуживание.

Конструкторы Zumwalt решили эту проблему, разместив стандартные блейд-серверы производства IBM под управлением Red Hat Linux внутри нескольких уникальных сверхпрочных серверных комнат, именуемых Electronic Modular Enclosure (EME). На корабле таких шестнадцать. Они представляют собой автономные мини-дата-центры, построенные инженерами Raytheon.

16 мини-ЦОД EME размером 35 футов в длину, 8 футов в высоту и 12 футов в ширину (10.6 х 2.4 х 3.6 метра) вмещают в себя в общей сложности более 230 серверных стоек, наполненных IT-оборудованием. EME были настроены и предварительно протестированы перед отправкой на верфь в Бат, штат Мэн, для установки на борт USS Zumwalt. Подход на EME не только значительно снижает общую стоимость корабельного IT-оборудования, но и позволяет инженерам Raytheon проводить предварительную интеграцию систем еще до их установки на корабль.

Цифровая иллюстрация того, как будет выглядеть командный центр USS Zumwalt. (Фото: Raytheon)

«Проведение работы по интеграции IT-систем на судоверфи повышает общую стоимость проекта», сказал заместитель руководителя программы DDG-1000 компании Raytheon Том Мур, «При этом мы были бы очень ограничены в плане времени доступ к кораблю».

Каждый мини-ЦОД EME снабжен высокоэффективными системами демпфирования вибраций, защиты каналов электропитания и системой водяного охлаждения (было бы странно, если бы на высокотехнологичном корабле применялась не СЖО). Там также имеется механизм электромагнитного экранирования для защиты серверного и сетевого оборудования от помех, возникающих при работе радаров судна и других крупных источников электромагнитного излучения.

Отдельные вычислительные узлы внутри EME соединены между собой сетью Total Ship Computing Environment (TSCE – своего рода корабельный интернет эсминца Zumwalt). В основе TSCE лежит смесь оптоволоконных и медных кабелей. Эта сеть соединяет все внутренние и внешние системы корабля – вооружение, датчики и т.д. – с помощью различных интернет-протоколов, включая TCP и UDP. Почти все внутренние системы связи корабля основаны на протоколе Voice Over IP (за исключением нескольких телефонных каналов в духе старой школы для использования в экстренных ситуациях).

Схема систем управления USS Zumwalt и их соединений с Total Ship Computing Environment.

На борту USS Zumwalt также будет развернута беспроводная сеть, но представители Raytheon, проводившие экскурсию для СМИ, не имели право обсуждать ее с гражданскими. Очевидно, что эта сеть должна позволить членам экипажа быстро получать доступ к релевантным данным во время технического обслуживания оборудования и выполнения других задач.

Системы военного назначения, которые изначально несовместимы с IP-сетями, подключаются к Total Ship Computing Environment при помощи специальных адаптеров на основе одноплатных компьютеров и Lynx OS (Unix-подобная операционная система реального времени, предназначенная для встраиваемых систем, совместимая со стандартами POSIX и операционной системой Linux). Эти системы называются Распределенными адаптационными процессорами (Distributed Adaptation Processors или DAP). Они подключают к “корабельному интернету” инженерные системы судна, системы пожаротушения, ракетные пусковые установки, установки радио- и спутниковой связи, чтобы они могли находиться под контролем сетевых клиентов.

Похоже, что вы хотите запустить ракету

Макет командного центра USS Zumwalt на исследовательском объекте Raytheon в Портсмуте. Выкрашенный в серый цвет мостик в точности сопоставим по размерам с настоящим аналогом.

Некоторые из этих сетевых клиентов были представлены на макете капитанского мостика USS Zumwalt. Но на самом деле кораблем, его системами вооружения и двигателями можно управлять из любого места – даже из космоса. На судне нет «радиорубки». Все коммуникации контролируются из командного центра. Корабельные орудия полностью автоматизированы и управляются оператором со специального терминала, а не наводчиком на палубе. И все эти задачи выполняются с помощью консолей одно и того же типа.

Внутри каждой из 57 систем вертикального запуска ракет, разработанных инженерами все той же компании Raytheon, могут размещаться противокорабельные ракеты, а также ракеты поверхность-воздух и поверхность-поверхность. Они подключены к командному центру посредством внутрикорабельной сети.

Каждый из этих терминалов представляет собой полноценную рабочую станцию на базе четырехъядерных процессоров Intel. Эти рабочие станции имеют по три экрана, а вся электроника спрятана в бронированном корпусе. Она называются Общими системами отображения (Common Display System или CDS). Рабочие станции CDS встроены даже в кресла капитана и старпома.

На каждой системе CDS может быть запущено сразу несколько виртуальных машин с ОС Linux (за стабильность функционирования ВМ отвечают гипервизоры LynxSecure LynuxWorx). Это позволяет рабочим станциям подключаться к различным сетям, которые разделены по уровню безопасности и целевому назначению.

Нос USS Zumwalt на судоверфи. Рядом с ним находится брат-близнец эсминца USS Michael Monsoor (DDG-1001). Работа над ним завершена более чем на 60 процентов.

Каждый оператор может работать на любом терминале CDS. Непосвященным в специфику эксплуатации военных кораблей эта опция может показаться вполне себе заурядной, но моряки считают иначе, ведь на судах предыдущего поколения рабочие станции, как правило, специально проектировались и создавались для обслуживания конкретной системы вооружения, датчика или элемента вспомогательной инфраструктуры. Это означало, что все системы имели различные конфигурации и интерфейс. Поэтому операторы не могли справиться с несколькими задачами без необходимости смены места.

В рабочих станциях CDS имеются стандартные порты USB для периферийных устройств (например, для трекболов и специализированных клавиатур). Они также оснащены сенсорным экраном для упрощения ввода данных, что позволяет операторам выбирать между «классическим» и сенсорным интерфейсом. Но вся эта унификация вовсе не означает, что новым операторам не потребуется помощь при освоении их систем. В команде Raytheon были моряки, проводившие юзабилити-тесты для эффективности интерфейсов и уникального ПО. Военные были удовлетворены эргономичностью и эффективностью систем.